DK159576B - Anlaeg til opvarmning eller koelning af bygninger med kombineret opvarmning af vand til husholdningsbrug - Google Patents

Description

i

DK 159576 B

Den foreliggende opfindelse angår et anlæg til opvarmning eller køling af bygninger med kombineret opvarmning af vand til husholdningsbrug og industrielt brug, hvilket anlæg har dels en varmepumpe, dels en til pumpen sluttet varmtvandskreds, hvori der er 5 anbragt en varmtvandspumpe, mindst en radiator for opvarmning af bygningen samt en varmeveksler til opvarmning af varmt vand, hvor radiatoren eller radiatorerne og varmeveksleren til det varme vand er anbragt parallelt med hinanden og er aktiverbare selektivt ved hjælp af omstillingsventiler, dels en varmtvandsbeholder, der er 10 sluttet til varmeveksleren for det varme vand over en første varmt-vandscirkulationsledning, dels en anden varmtvandscirkulationsled-ning med tappehaner til det varme vand, og som er sluttet til varmtvandsbeholderen, dels en fødeledning for frisk vand, der er sluttet til varmtvandsbeholderen og dels et styreorgan til omstil-15 ling mellem varmtvandsopvarmning og opvarmning af bygningen.

Ved en speciel type af et kombineret anlæg af denne art anvendes der en varmeveksler til beredning af det varme vand i varmepumpens kølemediumsystem til beredning af det varme vand samtidig med rumopvarmning eller rumafkøling. Et sådant anlæg giver 20 anledning til en kompliceret kølemediumskreds til varmepumpen og en forøgelse af antallet af sammenlodninger i anlægget eller sammensvejsninger. Dette giver ofte anledning til lækage i kølemedium-systemet. Desuden skal der anvendes separate varmevekslere til opvarmning, afkøling og beredning af varmt vand i varmepumpens 25 kølemediumsystem. Dette resulterer i et forøget volumen af kølemedium i anlægget, og der fremkommer et overskud af kølemedium afhængigt af den herskende driftstilstand, således at der ofte fremkommer fejl som følge af, at en alt for stor mængde kølemedium i form af væske føres tilbage til varmepumpens kompressor. Når rumopvarmning 30 og varmtvandsberedning sker samtidig, kan opvarmningskapaciteten endvidere variere med de forhåndenværende aftapningssteder for varmt vand, hvilket er uheldigt til opnåelse af en tilfredsstillende rumopvarmning. I de fleste tilfælde fortsætter opvarmningen eller afkølingen ikke kontinuerligt, således at der fremkommer en tids-35 periode, hvor varmepumpen ikke er i kraft på den tilstræbte måde.

Til afhjælpning af de i det foregående nævnte ulemper er anlægget ifølge den foreliggende opfindelse ejendommeligt ved, at en. første og en anden cirkulationspumpe er anbragt i den første og den anden varmtvandscirkulationsledning, at indholdet i DK 159576 B z varmtvandsbeholderen er dimensioneret i hovedsagen efter dagsbehovet for varmt vand og er varierbar, hvad angår sit fyldningsniveau, at en magnetventil er anbragt i fødeledningen til frisk vand, og at tre tidszoner af et døgn er bestemmelige ved hjælp af styreorganet 5 nemlig en første tidszone, i hvilken der normalt ikke foreligger noget varmtvandsbehov, og radiatoren eller radiatorerne således holdes aflukket af omstil!ingsventilerne styret af styreorganet og varmeoverføres til varmtvandsbeholderen over varmeveksleren og den første cirkulationspumpe; en anden tidszone som dækker den øvrige 10 tid af døgnet, og hvori varmeveksleren holdes aflukket af omstillingsventilerne styret af styreorganet, hvorved varme tilføres radiatoren eller radiatorerne over varmtvandspumpen; samt en tredie tidszone som begynder kort før begyndelsen af den første tidsperiode, og hvor magnetventilen styret af styreorganet åbnes for 15 påfyldning af varmtvandsbeholderen med frisk vand, og hvor den anden cirkulationspumpe styret af styreorganet aflukkes, og fremføringen af det varme vand ligeledes afbrydes.

Herved opnås det, at der stort set kan tilvejebringes en opdeling af driften af radiatoren eller radiatorerne, idet disse 20 holdes aflukket i den første tidszone, og denne anvendes til opvarmning af varmtvandsbeholderen ved hjælp af varmeveksleren, der drives af varmepumpen. I den anden tidszone kan radiatoren eller ------ radiatorerne derimod drives af varmepumpen, hvorved der kan opnås en mere ensartet belastning af denne. I kraft af at varmtvandsbeholde-25 ren endvidere er dimensioneret i hovedsagen efter dagsbehovet for varmt vand, og dens fyldningsniveau er varierbart, kan der ske fyldning af varmtvandsbeholderen i den tredie tidszone, i hvilken tappekredsens cirkulationspumpe holdes lukket, og tappestederne således afbrydes, og der forhindres således en aftapning af varmt 30 vand før varmtvandsbeholderen er blevet opvarmet, og der opnås en god økonomi, idet varmtvandsbeholderen kun behøver at blive påfyldt den mængde frisk vand, som påregnes at blive brugt, når varmtvandsbeholderen er blevet opvarmet.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning 35 til tegningen, hvor: fig. 1 viser et skematisk totalbillede af det kombinerede opvarmning/afkølings- og varmtvandsforsyningsanlæg ifølge en foretrukken udførelsesform for anlægget ifølge den foreliggende opfindelse,

DK 159576 B

3 fig. 2 et forbindelsesdiagram for et elektrisk system, der anvendes i det kombinerede system, som er vist i fig. 1, og fig. 3 et diagram til belysning af driftssekvenserne for 5 systemet, der er vist i fig. 1.

I fig. 1 betegner referencetal 1 en køleenhed af varmepumpetypen, der har et konventionelt kølekreds med en indbygget fire-vejsventil (ikke vist), der er beregnet til at skifte fra opvarmningskredsen til afkølingskredsen eller omvendt. En vandkreds 10 2, der er forbundet med en vandsidevarmeveksler i køleenheden 1 (ikke vist), og en varmeveksler 3, der er tilvejebragt på vandkredsen 2, er beregnet til at levere varmt vand. En luftkonditionerings-eller opvarmnings/afkølingskreds 4 er forbundet over en fremløbs-passage 2a og en returpassage for vandkredsen 2 parallelt med 15 varmeveksleren 3 og er forsynet med en venti 1atorrørslangeenhed 5.

En første elektromagnetisk ventil 6 er tilvejebragt mellem varmeveksleren 3 og en forbindelse mellem vandkredsen 2 og opvarm-nings/afkølingskredsen 4. En anden elektromagnetisk ventil 7, der er tilvejebragt i opvarmnings/afkølingskredsen 4, er beregnet til at 20 samvirke med den første ventil 6 for opvarmnings/afkølingsoperationen og for varmtvandsforsyningsoperationen ved selektiv aktivering af ventilatorrørslangeenheden 5 eller varmeveksleren 3. Alternativt kan der være tilvejebragt en elektromagnetisk tre-vejs-ventil ved forbindelsen mellem vandkredsen 2 og opvarmnings/afkølings-25 kredsen 4 i stedet for den første og anden elektromagnetiske ventil 6,7. En manuelt betjenelig ventil 8, der er monteret mellem den første ventil 6 og varmeveksleren 3, er beregnet til indstilling af strømningsmodstanden. En pumpe 9 for den primære varmekilde er monteret mellem en forbindelse mellem vandkredsen 2 og opvarm-30 nings/afkølingskredsen 4 og et indløb på vandsiden af varmeveksleren (ikke vist) i køleenheden 1. En tank 10 er ved sin ene ende forbundet til denne pumpes sugeside og er ved sin anden ende forbundet til en vandkilde. Et vandreservoir 11 er via en vandopvarmningskreds 12 forbundet med varmeveksleren 3, og vandopvarmningskredsen 12 har sin 35 fremløbspassage 12a forbundet til en nedre del af reservoiret 11, og en returpassage 12b står i forbindelse med reservoiret 11's øverste del. En pumpe 13 for en sekundær varmekilde er monteret i vandop-. varmningskredsen 12's passage og står i forbindelse med komponen- S' terne 3 og 6-10 for således at udgøre en varmevekslingsenhed 14. Et

DK 159576 B

4 rør 15, der er beregnet til friskvandsforsyning, er ved sin ene ende forbundet til en yderligere vandkilde (ikke vist), og er ved sin anden ende forbundet med reservoiret 11's øverste del og er forsynet med en elektromagnetisk ventil 16. En omløbsventil 17 er paral1 el -5 forbundet med ventilen 16. En varmtvandsforsyningskreds er forbundet med den nedre del af vandreservoiret 11 og har en varmtvandshane 19 samt en varmtvandspumpe 20. En niveauføler 21 er tilvejebragt for at aftaste vandniveauet i beholderen og er betjenelig mellem vandniveauer El og E2. En temperaturføler 22, der er beregnet til at 10 aftaste det varme vands temperatur, er anbragt i reservoiret 11. Et reguleringspanel 23 for montering af en reguleringskreds, således som beskrevet senere, er tilvejebragt inden i varmevekslerenheden 14.

Systemets drift vil herefter blive beskrevet under henvis-15 ning til fig. 2 og 3, der belyser systemets elektriske forbindelser og driftssekvenser. Idet der først henvises til varmtvandslagrings-mønstret, i fig. 2, vil en betjeningskontakt (ikke vist) for køleenheden 1 af varmepumpetypen blive aktiveret for at lukke en relækontakt 52PX-a fra et ikke vist relæ i køleenheden 1. På denne måde 20 bliver en spole 52P fra en elektromagnetisk kontaktor, der er forbundet med den primære pumpe 9, aktiveret for at igangsætte den primære pumpe 9. På dette tidspunkt vil en spole PT1 fra en første programtimer, der er beregnet for indstilling af varmtvandslag-ringstidsrummet og luftkonditioneringstidsrummet, en spole PT2 fra 25 en anden programtimer, der er beregnet for indstilling af frisk-^ vandsforsyningstidsrummet for den elektromagnetiske ventil 16, og en spole PT3 fra en tredie programtimer, der er beregnet for indstilling af driftstidsrummet for varmtvandspumpen 20, være i aktiviserede tilstande. En driftsafbryder SW-1 fra varmevekslerenheden 14 30 sluttes derefter. I varmtvandslagringstidsrummet, således som vist i fig. 3, bliver en timerkontakt PTl-a fra den første programtimer sluttet for aktivisering af en relæspole XQ. Forudsat at vandtemperaturen i reservoiret 11 er under en forudbestemt værdi, således at en kontakt 23W fra føleren 22 er sluttet, vil en spole 52PQ fra en 35 elektromagnetisk kontaktor, der er forbundet med den sekundære varmekildepumpe 13, også blive aktiveret på dette tidspunkt. Ved aktivisering af relæspolen XQ bliver dennes bevægelige kontakter XQ-1, XQ-2 og XQ-3 skiftet fra faste kontakter b til faste kontakter a. På dette tidspunkt bliver en spole MV1, der er forbundet med den

DK 159576B

5 første ventil 6, øjeblikkeligt aktiviseret for at åbne ventilen 6, og en spole MV2 fra den anden ventil 7 bliver deakti vi seret med en vis forsinkelse for således at lukke ventilen 7, medens den primære pumpe 9 fortsætter sin drift. Da køleenheden 1 af varmepumpetypen er 5 i sin opvarmningscyklus, vil varmt vand i vandkredsen 2 blive forsynet fra enheden 1 ind i vandkredsen 2 og ledet gennem varmeveksleren 3 ved hjælp af den første ventil 6 og den manuelle ventil 8 for at blive returneret til køleenheden 1 gennem den primære pumpe 9. Det bemærkes, at der ved omvendingen af kontakten XQ-2 fra 10 relæspolen XQ fra siden b til siden a vil ske en aktivisering af en relæspole 2-2, og dennes timerkontakt 2-2-b forbliver lukket, indtil der er forløbet et forudbestemt tidsrum, på f.eks. 10 sekunder.

Dette betyder, at den anden elektromagnetiske ventil 7 forbliver åben i et tidsinterval, på f.eks. 10 sekunder, samtidigt med den 15 første ventil, og den anden ventil 7 bliver først da lukket. I vandopvarmningskredsen 12 bliver der tilført frisk vand fra vandreservoiret 11 til varmeveksleren 3 gennem den sekundære pumpe 13. I varmeveksleren 3 vil vandet være i varmeveksling med varmt vand, der forsynes fra køleenheden 1 for således at få en temperaturforøgelse, 20 og bliver derefter returneret til reservoiret 11. Når vandtemperaturen i reservoiret 11 har nået en forudbestemt værdi, bliver temperaturføleren 22 aktiveret for således at åbne kontakten 23W, og den anden pumpe 13 vil stoppe for således at afslutte varmtvands-1agri ngsoperati onen.

25 Idet der herefter henvises til mønstret for luftkonditione ringsdriften inden for luftkonditioneringstidsrummet, vil spolen PT1 fra den første programtimer blive aktiviseret for således at åbne sin timerkontakt PTl-a, således at spolen 52PQ fra den elektromagnetiske kontaktor, der er forbundet med den sekundære pumpe, bliver 30 deaktiviseret for således at afslutte pumpen 13's drift, medens kontakterne XQ-1, XQ-2 og XQ-3 fra relæspolen XQ bliver skiftet fra siden a til siden b. Derefter vil en timerkontakt 2-1-b, der er forbundet med en relæspole 2-1, bliver åbnet efter et forudbestemt tidsrum, f.eks. på 10 sekunder, således at spolen MV1, der er 35 forbundet med den første ventil 6, bliver deaktiviseret med en vis tidsforsinkelse for således at lukke den første ventil 6, medens spolen MV2, der er forbundet med den anden ventil 7, øjeblikkeligt, bliver aktiveret for således at åbne den anden ventil 7 ved den omvendte procedure af den ovenfor anførte. Den primære pumpe 9

DK 159576 B

s fortsætter sin drift gennem relækontakten XQ-1 og en relækontakt 52PX-a, som forbliver sluttet. Således vil vandkredsen 2 virke som en velkendt vandkonditioneringskreds for luftafkøling/opvarmning, i hvilken varmt eller koldt vand, der tilføres fra køleenheden 1, 5 ledes gennem den anden elektromagnetiske ventil 7 og ventilatorrør-slangeenheden 5 for at afkøle eller opvarme rummet og for derefter at blive returneret gennem den primære varmekildepumpe 9 til køle-enheden 1.

Køleenheden 1 af varmepumpetypen har en manuel betjenelig 10 afkølings/opvarmningsomskifter (ikke vist), som om sommeren anbringes i anlæg mod en kølekontakt for afkøling ved deaktivisering af afkølings/opvarmningskredsens omskiftnings-firvejsventil (ikke vist), og som om vinteren bringes i anlæg mod en opvarmningskontakt for opvarmning ved aktivisering af firvejsventilen. Ved betjeningen 15 af denne omskifter (ikke vist) vil enheden 1 forblive i afkølings-kredsen i den varme sæson og i opvarmningskredsen i den kolde sæson.

I tilfælde af overgang fra varmtvandslagringsoperationen til afkø-— lingsoperationen vil kontakten PTl-a fra den første programtimers spole PT1 således blive åbnet for deaktivi sering af relæspolen XQ. I 20 forbindelse dermed bliver en kontakt (ikke vist) fra relæspolen XQ, der er forbundet parallelt med opvarmnings/afkølingsomskifteren (ikke vist) åbnet, således at. den ikke viste 4-vejsventil bliver deaktiveret for at skifte køleenheden 1 fra opvarmningskredsen til afkølingskredsen. I tilfælde af overgang fra varmtvandslagringsope-25 rationen til rumopvarmningsoperationen bliver relæspolen XQ de-aktiviseret ved hjælp af den første programtimer, således som beskrevet ovenfor, således at kontakten (ikke vist) fra relæspolen XQ, der er forbundet parallelt med opvarmnings/afkølingsomskiften (ikke vist), bliver åbnet. Imidlertid forbliver køleenheden 1 i 30 opvarmningskredsen, da 4-vejsventilen (ikke vist) forbliver aktiveret gennem opvarmnings/afkølingsomskifteren.

Det tidsrum, hvor varmt vand er til stede, bliver indstillet ved hjælp af den tredie programtimer for således at være sammenfaldende med det tidsrum, hvor enheden er indstillet til luftkonditio-35 nering. Derfor bliver spolen PT3 fra den tredie programtimer aktiviseret for således at slutte sin timerkontakt PT3-a, således at relæspolen X3 bliver aktiviseret, og således at en elektromagnetisk kontaktor 52PJ, der er forbundet med varmtvandspumpen 20, også bliver aktiviseret gennem en kontakt X2-b fra relæspolen X2. Derfor i

DK 159576 B

7 bliver varmtvandspumpen 20 sat i drift, således at det opvarmede vand i reservoiret 11 er tilgængeligt fra varmtvandshanen 19.

Det tidsrum, hvor friskvand bliver efterfyldt i reservoiret 11, bliver indstillet på den anden programtimer for at følge direkte 5 efter det tidsrum, hvor varmt vand er tilgængeligt fra varmtvandshanen. Derfor bliver spolen PT2 fra den anden programtimer aktiviseret for at lukke sin timerkontakt PT2-a i dette tidsrum, således at relæspolen XI bliver aktiviseret og relækontakten Xl-a bliver sluttet. Når det varme vand i reservoiret 11 er ved et mellemniveau 10 (d.v.s. mellem niveauerne El og E2 i fig. 2), vil det blive aftastet af niveauføleren 21, som udsender et signal for at slutte en kontakt R-a fra en relæspole X2. Derfor bliver relæspolen X2 aktiviseret for således at slutte sin kontakt X2-a, således at spolen MV3 fra ventilen 16 bliver aktiviseret for at åbne ventilen 16, således at 15 der efterfyldes friskvand i reservoiret 11. Da kontakten X2-b fra relæspolen X2 er åbnet på dette tidspunkt, vil spolen 52PJ fra den elektromagnetiske kontaktor, der er forbundet med varmtvandspumpen 20, blive deaktivi seret, og varmtvandspumpen 20's drift kan ophøre på en sikker måde. Når reservoiret 11 er totalt fyldt med friskvand 20 (d.v.s. til niveauet El i fig. 1), aftastes dette af føleren 21, som udsender et signal for at åbne kontakten R-a fra relæspolen X2. På denne måde lukkes ventilen 16 for således at afslutte vandefter-fyldningsoperationen i reservoiret 11.

Når det varme vand i reservoiret er blevet reduceret (såle-25 des som vist ved niveauet E2 i fig. 1) i det tidsrum, hvor varmt vand er tilgængeligt fra hanen 19, aftastes det af niveauføleren 21, som derefter afgiver et signal for at slutte kontakten R-a, således at relæspolen X2 bliver aktiviseret. Derefter åbnes kontakten X2-b fra spolen, og spolen 52PJ fra den elektromagnetiske kontaktor, der 30 er forbundet med varmtvandspumpen 20, bliver deaktivi seret, således at pumpen 20's drift bliver afbrudt. Da den E2-niveauaftastende ende af niveauføleren 21 er placeret oven over et indløb 18a fra varmtvandsforsyningskredsen 18, er der ingen risiko for, at der bliver medrevet luft i det vand, som leveres af varmtvandspumpen 20.

35 Fra det foregående ses det, at den foreliggende opfindelse tilvejebringer en god adskillelse mellem varmtvandslagringsfasen og opvarmnings/afkølingsfasen ved hjælp af den første programtimer.

Således kan varmtvandslagringsoperationen blive udført på den tid af dagen, hvor opvarmning/afkøling ikke er nødvendig på grund af

Claims (2)

1. Anlæg til opvarmning eller køling af bygninger med 30 kombineret opvarmning af vand til husholdningsbrug og industrielt brug, hvilket anlæg har dels en varmepumpe (1), dels en til pumpen (I) sluttet varmtvandskreds (2), hvori der er anbragt en varmt-vandspumpe (9), mindst en radiator (5) for opvarmning af bygningen samt en varmeveksler (3) til opvarmning af varmt vand, hvor radia- 35 toren eller radiatorerne (5) og varmeveksleren (3) til det varme vand er anbragt parallelt med hinanden og er aktiverbare selektivt ved hjælp af omstillingsventiler (6,7), dels en varmtvandsbeholder (II) , der er sluttet til varmeveksleren (3) for det varme vand over en første varmtvandscirkulationsledning (12), dels en anden 9 DK 159576 B varmtvandscirkulationsledning (18) med tappehaner (19) til det varme vand, og som er sluttet til varmtvandsbeholderen (11), dels en fødeledning (15) for frisk vand, der er sluttet til varmtvandsbeholderen (11) og dels et styreorgan (23) til omstilling mellem 5 varmtvandsopvarmning og opvarmning af bygningen, kendetegnet ved, at en første og en anden cirkulationspumpe henholdsvis (13) og (20) er anbragt i den første og den anden varmtvandscirelations! edning henholdsvis (12) og (18), at indholdet i varmtvandsbeholderen (11) er dimensioneret i hovedsagen efter dagsbehovet for 10 varmt vand og er varierbar, hvad angår sit fyldningsniveau (21), at en magnetventil (16) er anbragt i fødeledningen (15) til frisk vand, og at tre tidszoner af et døgn er bestemmelige ved hjælp af styreorganet (23) nemlig en første tidszone, i hvilken der normalt ikke foreligger noget varmtvandsbehov, og radiatoren eller radiatorerne 15 (5) således holdes aflukket af omstillingsventilerne (6,7) styret af styreorganet (23) og varme overføres til varmtvandsbeholderen (11) over varmeveksleren (3) og den første cirkulationspumpe (13); en anden tidszone som dækker den øvrige tid af døgnet, og hvori varmeveksleren (3) holdes aflukket af omstillingsventilerne (6,7) 20 styret af styreorganet (23), hvorved varme tilføres radiatoren eller radiatorerne (5) over varmtvandspumpen (9); samt en tredie tidszone som begynder kort før begyndelsen af den første tidsperiode, og hvor magnetventilen (16) styret af styreorganet (23) åbnes for påfyldning af varmtvandsbeholderen (11) med frisk vand, og hvor den anden 25 cirkulationspumpe (20) styret af styreorganet (23) aflukkes, og fremføringen af det varme vand ligeledes afbrydes.

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fyldningsniveauet i varmtvandsbeholderen (11) afføles af niveaugivere (21, EpE2)} hvor den øverste niveaugiver Ej er indrettet til 30 at aflukke magnetventilen (16) ved et øverste fyldningsniveau i den tredie tidszone og en nederste niveaugiver E2 er indrettet til at aflukke den anden cirkulationspumpe (20) ved et nederste fyldningsniveau, som ligger oven over varmtvandsbeholderens (11) udløbssted (18a). 35